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c++怎么实现一个简单的LZ77压缩算法_C++中实现基础数据压缩算法LZ77

尼克

发布： 2025-11-04 22:15:02

原创

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LZ77压缩算法通过滑动窗口查找最长匹配，用（偏移量, 长度, 下一个字符）三元组输出；核心包括查找缓冲区与前瞻缓冲区，使用滑动窗口限制历史数据范围，findLongestMatch函数在窗口内寻找最大匹配长度，compress函数生成token序列，decompress函数依据token重建原数据，实现简单但体现LZ77基本原理。

c++怎么实现一个简单的lz77压缩算法_c++中实现基础数据压缩算法lz77

实现LZ77压缩算法的关键在于滑动窗口和查找最长匹配。LZ77通过在已处理的数据中搜索当前字符串的最长匹配，用（偏移量, 长度, 下一个不匹配字符）三元组来表示输出。下面是一个简单的C++实现，帮助理解其核心逻辑。

基本原理与结构设计

LZ77使用两个区域：查找缓冲区（已编码数据）和前瞻缓冲区（待编码数据）。算法从前往后扫描输入，对每个位置尝试在查找缓冲区中找到最长匹配。

我们用以下结构体表示一个压缩单元：

struct LZ77Token {
    int offset;  // 距离当前字符的回退距离
    int length;  // 匹配长度
    char next;   // 下一个不匹配字符
};

滑动窗口匹配逻辑

核心是寻找最大匹配长度。我们限制查找窗口大小（如256字节），避免性能下降。

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int findLongestMatch(const std::string& data, int pos, int& offset) {
    int maxLength = 0;
    offset = 0;
    int windowStart = std::max(0, pos - 256); // 滑动窗口大小限制为256

    for (int i = windowStart; i < pos; i++) {
        if (data[i] == data[pos]) {
            int len = 0;
            while (i + len < pos && pos + len < data.size() &&
                data[i + len] == data[pos + len]) {
                len++;
            }
            if (len > maxLength) {
                maxLength = len;
                offset = pos - i;
            }
        }
    }
    return maxLength;
}

压缩函数实现

逐字符处理输入，生成token列表。若无匹配，则偏移和长度为0。

std::vector<LZ77Token> compress(const std::string& input) {
    std::vector<LZ77Token> tokens;
    size_t i = 0;
    while (i < input.size()) {
        int offset, length;
        length = findLongestMatch(input, i, offset);

        LZ77Token token;
        token.offset = length > 0 ? offset : 0;
        token.length = length;
        token.next = input[i + length]; // 即使length=0也取当前字符

        tokens.push_back(token);
        i += length + 1; // 跳过已匹配部分
    }
    return tokens;
}

解压过程还原数据

根据token中的偏移和长度，从已输出内容中复制相应字段。

std::string decompress(const std::vector<LZ77Token>& tokens) {
    std::string output;
    for (const auto& token : tokens) {
        if (token.length > 0) {
            int start = output.size() - token.offset;
            for (int i = 0; i < token.length; i++) {
                output += output[start + i];
            }
        }
        output += token.next;
    }
    return output;
}

基本上就这些。这个实现虽然简单，但展示了LZ77的核心思想。实际应用中可以优化匹配查找（如哈希表加速）、控制窗口大小、处理边界情况等。对于学习目的，此版本足够清晰直观。

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